第八章超聲成像設(shè)備

1、第八章 超聲成像設(shè)備定義： 利用超聲波的物理特性和人體組織器官的聲學(xué)特性相互作用而產(chǎn)生的信息，經(jīng)處理后形成圖形和曲線，借此進(jìn)行疾病診斷的一種物理檢查方法。超聲成像（Ultrasonography, USG） 超聲檢查是利用超聲的物理特性和人體器官組織聲學(xué)性質(zhì)上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，借以進(jìn)行疾病診斷的檢查方法。 不足之處在于圖像的對(duì)比分辨力和空間分辨力不如CT和MRI高。超聲成像（Ultrasonography, USG） 直線傳播能量大2、超聲的特點(diǎn)：頻率高1、什么是超聲？高于20000Hz的聲音超過正常人耳能聽到的聲波什么是超聲？超聲導(dǎo)航 聲吶穿透能力強(qiáng) 超聲診斷儀 金

2、屬探傷儀破碎能力強(qiáng) 殺菌、消毒 清洗精密零件 將不可混合液體混合如油和水縮短種子發(fā)芽時(shí)間，提高發(fā)芽率，促進(jìn)植物生長(zhǎng)超聲加工如金剛石、玻璃等超聲除塵如煙囪里冒的黑煙超聲的應(yīng)用1、超聲治牙2、超聲診斷儀（B超）3、人體內(nèi)結(jié)石擊碎4、超聲波加濕器（霧化）5、醫(yī)療器械殺菌、消毒醫(yī)學(xué)方面超聲波成像優(yōu)點(diǎn)： 無(wú)損傷，無(wú)痛苦，無(wú)電離輻射，可反復(fù)進(jìn)行，尤其適合軟組織診斷，有較高靈敏度和分辨率，是目前唯一能實(shí)時(shí)觀察心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的臨床檢查方法。超聲波成像特點(diǎn)： （1）有高的軟組織分辨力。 （2）具有高度的安全性。 （3）實(shí)時(shí)成像。醫(yī)學(xué)超聲的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn) 1917年法國(guó)人發(fā)明聲納20世紀(jì)40年代末，超聲用于醫(yī)學(xué)診斷（A

3、型）20世紀(jì)50年代初，臨床使用腦回聲圖，M型超聲心動(dòng)圖20世紀(jì)50年代末，超聲多普勒技術(shù)20世紀(jì)60年代中，B型超聲診斷儀20世紀(jì)80年代，雙功( duplex) 聲像圖 + 多普勒頻譜20世紀(jì)90年代，新技術(shù)，三功(triplex) 聲像圖+多普勒頻譜+彩色多普勒血流顯示 ，三維立體聲像圖及數(shù)字化 超 聲 成 像 發(fā) 展 史 由黑白灰階超聲成像發(fā)展到彩色多普勒超聲諧波成像、組織多普勒成像等新型成像技術(shù)和各項(xiàng)新的超聲檢查技術(shù)（如腔內(nèi)超聲檢查、器官聲學(xué)造影檢查、介入超聲）逐漸應(yīng)用于臨床。 由單純?cè)\斷發(fā)展到診斷與治療兩方面。 目前超聲和X線-CT、磁共振與核醫(yī)學(xué)共同組成現(xiàn)代四大醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。 超

4、 聲 成 像 發(fā) 展 史始于始于19581958年秋，誕生地在上海，年秋，誕生地在上海，20082008年超聲診斷年超聲診斷5050周年周年“上海市第六人民醫(yī)院上海市第六人民醫(yī)院- -中國(guó)超聲診斷發(fā)源地中國(guó)超聲診斷發(fā)源地” ” 中國(guó)超聲成像發(fā)展史 一方面是價(jià)格低廉的便攜式超聲診斷儀大量進(jìn)入市場(chǎng) 另一方面是向綜合化、自動(dòng)化、定量化和多功能等方向發(fā)展，介入超聲、全數(shù)字化電腦超聲成像、三維成像及超聲組織定性不斷取得進(jìn)展，使整個(gè)超聲設(shè)備和診斷技術(shù)呈現(xiàn)出持續(xù)發(fā)展的熱潮。 在探頭方面，新型材料、新式換能器不斷推出，如高頻探頭、腔體探頭、高密度探頭相繼問世，進(jìn)一步提高了超聲診斷設(shè)備的檔次與水平。 醫(yī)學(xué)超聲設(shè)

5、備的發(fā)展趨勢(shì) 目錄123概 述A型和M型超聲診斷儀B型超聲診斷儀4超聲多普勒成像儀超聲診斷儀的使用和維護(hù)5第一節(jié) 概 述超聲波的概念 頻率在2萬(wàn)赫茲以上的機(jī)械振動(dòng)波，稱為超聲波(ultrasonic wave)，簡(jiǎn)稱超聲(ultrasound)。超聲波在傳聲介質(zhì)中的傳播特點(diǎn)是具有明確指向性的束狀傳播，這種聲波能夠成束地發(fā)射并用于定向掃查人體組織。基礎(chǔ)知識(shí)回顧聲波聲波 20Hzf20KHz 20Hzf20KHz f20KHz次聲波次聲波 f20Hz f0.3cm，則應(yīng)考慮有占位性病變。此法檢查無(wú)痛苦，準(zhǔn)確性高。缺點(diǎn)： 只能反映局部組織的回波信息 不能獲得臨床診斷所需要的解剖圖像 且診斷的準(zhǔn)確性與

6、操作醫(yī)師的識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大。 目前，已幾乎不再生產(chǎn)和使用。一、A型超聲診斷儀 M超顯示的是運(yùn)動(dòng)回波信號(hào)按時(shí)間順序展開的一維空間多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)序圖，又稱為超聲心動(dòng)圖。二、M型超聲診斷儀成像原理： M型超聲診斷儀采用亮度調(diào)制型的顯示法在顯示器上，以亮度反映回聲的強(qiáng)弱，垂直方向表示檢測(cè)深度，水平方向表示時(shí)間（心臟的活動(dòng)時(shí)相），顯示心臟各層結(jié)構(gòu)相對(duì)體表的相對(duì)距離隨時(shí)間的變化曲線，反映心臟一維空間組織結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，所以稱為M型(motion mode)。臨床應(yīng)用 對(duì)運(yùn)動(dòng)臟器檢測(cè)，如心臟、胎兒胎心；動(dòng)脈血管等功能檢測(cè)。二、M型超聲診斷儀第三節(jié) B型超聲診斷儀 B型超聲成像診斷儀因其成像方式采用亮度調(diào)制（br

7、ightness modulation）得名。 其影像所顯示的是人體組織或臟器的二維超聲斷層圖（或稱剖面圖），對(duì)于運(yùn)動(dòng)臟器，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。 B超成像是目前使用最為廣泛的超聲診斷法。 B型超聲診斷儀與A型診斷法基本相同： 都是應(yīng)用回聲原理進(jìn)行診斷，與M型都采用亮度調(diào)制方式顯示與A型不同之處： 幅度調(diào)制顯示改進(jìn)為亮度調(diào)制顯示 探頭發(fā)射的聲束必須進(jìn)行掃查 得到的是一系列人體切面聲像圖B型超聲診斷儀本本質(zhì)質(zhì)為為二二維維超超聲聲 亮度調(diào)制方法：以不同亮度光點(diǎn)表示界面反射信號(hào)的強(qiáng)弱，反射強(qiáng)則亮，反射弱則暗。B型超聲診斷儀 超寬視野成像完整地顯示出胎兒全貌、胎兒肝、腎界面以及胎盤位置。B型超聲診斷儀

8、線形掃描圖像 聲束是在與體表平行的方向上，以快速電子掃描的方式逐次獲得不同位置和不同深度的所有界面的反射回波，當(dāng)一幀掃描完成，可獲得一幅由聲束掃描方向決定的二維圖像 線形掃描適用于對(duì)腹部臟器：肝、膽、脾、腎子宮等的檢查?；驹砩刃螔呙鑸D像 改變探頭的角度，使超聲波束的指向方位快速變化，即每隔一定小角度，被探測(cè)方向的不同深度所有界面的反射回波，都以亮點(diǎn)的形式顯示在對(duì)應(yīng)的掃描線上，形成一幅由探頭擺動(dòng)方向決定的二維圖像。 適用于對(duì)心臟的檢查?；驹?B型超聲診斷是通過對(duì)一系列切面聲像圖的分析而作出的。分析內(nèi)容： 外形； 邊界回聲、內(nèi)部回聲、后方回聲 ； 比鄰關(guān)系； 活動(dòng)度和活動(dòng)規(guī)律； 硬度； 排

9、空功能；診斷基礎(chǔ)臨床應(yīng)用： （1）在婦產(chǎn)科中的探測(cè) （2）人體內(nèi)部臟器的輪廓及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè) （3）表淺器官內(nèi)部組織探測(cè)線性掃描適用于腹部臟器檢測(cè)： 肝、膽、脾、腎、子宮扇形掃描適用于心臟檢測(cè)臨床應(yīng)用B型超聲診斷儀按掃描方式分類： 已經(jīng)發(fā)展了四代，包括手動(dòng)直線掃描、機(jī)械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描B型超聲診斷儀機(jī)械扇形掃描： 波速以扇形方式掃描，可以不受透聲窗口窄小的限制而保持較大的探測(cè)范圍。如心臟，因胸骨和肋骨的阻礙，使胸部聲窗變得很小，而扇形掃描所使用的換能器很小，可置于肋間聲窗上處。分為兩種： 機(jī)械擺動(dòng)式（單振元曲柄連桿擺動(dòng)式） 機(jī)械旋轉(zhuǎn)式（風(fēng)車式多振元旋振式）機(jī)械扇形掃描型機(jī)械扇

10、形掃描型擺動(dòng)式扇掃擺動(dòng)式扇掃B B超儀超儀 旋轉(zhuǎn)式扇掃旋轉(zhuǎn)式扇掃B B超儀超儀 將多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體成一線排列稱作線陣，用電子開關(guān)切換接入發(fā)射/接收電路的晶體，使之分時(shí)組合輪流工作，如果這種組合是從探頭的一側(cè)向另一側(cè)順序進(jìn)行的，每次僅有接入電路的那一組被激勵(lì)，產(chǎn)生合成超聲波束發(fā)射并接收，即可實(shí)現(xiàn)電子控制下的超聲波束線性掃描 。高速電子線性掃描多振元組合發(fā)射的意義： 單振元：輻射面積小，波束發(fā)散角大，指向性差 多振元組合發(fā)射： 增加近場(chǎng)、增大面積、提高分辨率、靈敏度高速電子線性掃描 線性電子掃描B超的結(jié)構(gòu)是在A超的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 線陣換能器組由電子開關(guān)按一定程序控制每個(gè)換能器單元的

11、發(fā)射和接收，并使每個(gè)換能器單元對(duì)應(yīng)熒光屏上一根掃描線，每個(gè)換能器接受到的反射波信號(hào)，經(jīng)過放大和處理后，加到顯像管調(diào)輝，這樣就在掃描線的相應(yīng)位置上顯出光電。 有規(guī)律的同步切換換能器單元和移動(dòng)掃描線，熒光屏上就組成了一幅超聲斷層圖像。高速電子線性掃描 應(yīng)用相控技術(shù)，對(duì)施加于線陣探頭的所有晶體振元的激勵(lì)脈沖進(jìn)行相控制，亦可以實(shí)現(xiàn)合成波束的扇形掃描，用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)波束掃描的B型超聲波診斷儀稱為電子相控陣扇型掃描B超儀。電子相控陣扇形掃描型相控陣掃描原理 對(duì)成線陣排列的多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體振元同時(shí)給予電激勵(lì)，可以產(chǎn)生合成波束發(fā)射,且合成波束的方向與振元排列平面的法線方向一致。 電子相控陣扇形掃描型

12、 對(duì)線陣排列的各振元不同時(shí)給予電激勵(lì)，而是使施加到各振元的激勵(lì)脈沖有一個(gè)等值的時(shí)間差，合成波束的波前平面與振元排列平面之間，將有一相位差 ，合成波束的方向與振元排列平面的法線方向就有一相位差。通過控制激勵(lì)時(shí)間而實(shí)現(xiàn)波束方向變化的掃描方式，叫做相控陣掃描。電子相控陣扇形掃描型產(chǎn)生不同周期的序列脈沖產(chǎn)生不同周期的序列脈沖偏向角參數(shù)轉(zhuǎn)換成偏向角參數(shù)轉(zhuǎn)換成相控陣的觸發(fā)信號(hào)相控陣的觸發(fā)信號(hào)電子相控陣扇形掃描型1.機(jī)械扇掃B型超聲波診斷儀，具有較好的柱狀聲束，容易獲得較高的靈敏度與影像分辨力，波束控制電路簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是機(jī)械式探頭制作要求嚴(yán)格、工作噪聲強(qiáng)、重量較大，探頭壽命短。振元不能直接與被檢者貼近

13、，受肋骨的影響略大。2.相控陣扇掃B超儀，沒有機(jī)械噪音，探頭壽命長(zhǎng)，重量輕。缺點(diǎn)是波束副瓣大，干擾嚴(yán)重，分瓣力受影響;探頭晶陣切割精細(xì)，整機(jī)線路復(fù)雜，成本高。相控陣扇掃方式已占據(jù)主導(dǎo)地位。相控陣扇掃與機(jī)械扇掃方式的比較B型超聲診斷儀第四節(jié) 超聲多普勒成像儀定義： 當(dāng)振源（聲源）與接受器之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接到的振動(dòng)（聲波）頻率與振源（聲源）的發(fā)射頻率有一定差異，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。其變化的頻差稱頻移，如界面朝向探頭運(yùn)動(dòng)，頻率升高；若界面背離探頭運(yùn)動(dòng)，則頻率減低；界面運(yùn)動(dòng)越快，頻移數(shù)值越大。 心壁、血管壁、瓣膜等的運(yùn)動(dòng)和血液流動(dòng)均可引起多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng) 在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，超聲多普勒技術(shù)

14、可用于檢測(cè)心血管內(nèi)的血流方向、流速和湍流程度等。 換能器發(fā)出一定頻換能器發(fā)出一定頻率超聲波，遇到活動(dòng)的率超聲波，遇到活動(dòng)的大界面或小界面，反射大界面或小界面，反射或散射回聲的頻率發(fā)生或散射回聲的頻率發(fā)生改變，反射回聲頻率與改變，反射回聲頻率與入射回聲頻率之差稱為入射回聲頻率之差稱為頻移。頻移。多普勒效應(yīng)人體內(nèi)的多普勒效應(yīng) 產(chǎn)生條件：超聲進(jìn)入人體后，只要遇到運(yùn)動(dòng)界面即產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。（一）層流（朝向探頭-紅，背離探頭-藍(lán)）（二）湍流 (正向-黃 紅+綠，負(fù)向-青 藍(lán)+綠)（三）射流血管狹窄血管狹窄層流層流射流射流探探頭頭探探頭頭湍流：代表流速快且紊亂的血流湍流：代表流速快且紊亂的血流多普勒效應(yīng)0

15、2cosDvffC f fd d頻移（血流速度）；頻移（血流速度）；f f0 0發(fā)射頻率；發(fā)射頻率；C C聲速；聲速；V V血流速度；血流速度； 聲束與血流夾角聲束與血流夾角多普勒方程 血流速度調(diào)整探頭與聲束之間的夾角（1）對(duì)心臟疾病的診斷-脈沖多普勒心動(dòng)圖 可測(cè)出心臟內(nèi)各運(yùn)動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、速度和血流量-診斷冠心病、心率失常、主動(dòng)脈瓣病變等。（2） 對(duì)血管和血流的測(cè)量-非侵入性 可得到血管縱斷面血流分布圖-診斷血栓、脈管炎。 可很快鑒別血管硬化程度-測(cè)量眼底動(dòng)脈。 可對(duì)斷肢再植時(shí)血管接通情況作方便的檢查-外科手術(shù)。（3） 婦產(chǎn)科方面的應(yīng)用 主要對(duì)胎兒胎心及胎盤定位檢查。多普勒診斷儀在醫(yī)學(xué)中的

16、應(yīng)用目前常用的超聲多普勒有： 連續(xù)波多普（CWD） 脈沖波多普勒（PWD） 彩色多普勒（CDFI）多普勒效應(yīng)連續(xù)式多普勒超聲診斷儀CWD缺點(diǎn)：連續(xù)波波束內(nèi)的任何運(yùn)動(dòng)目標(biāo)都對(duì)最后多普勒的輸出做出貢缺點(diǎn)：連續(xù)波波束內(nèi)的任何運(yùn)動(dòng)目標(biāo)都對(duì)最后多普勒的輸出做出貢獻(xiàn)，因而無(wú)法分辨距離。獻(xiàn)，因而無(wú)法分辨距離。優(yōu)點(diǎn)：可測(cè)高速血流。優(yōu)點(diǎn)：可測(cè)高速血流。 利用聲波的多普勒效應(yīng)，以頻譜的方式顯示多普勒頻移，多與利用聲波的多普勒效應(yīng)，以頻譜的方式顯示多普勒頻移，多與B B型診斷法結(jié)合，在型診斷法結(jié)合，在B B型圖像上進(jìn)行多普勒采樣。當(dāng)頻移為正時(shí)，以正型圖像上進(jìn)行多普勒采樣。當(dāng)頻移為正時(shí)，以正向波表示，而負(fù)向波則表示負(fù)

17、頻移。臨床多用于檢測(cè)心臟及血管的血向波表示，而負(fù)向波則表示負(fù)頻移。臨床多用于檢測(cè)心臟及血管的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，尤其是先天性心臟病和瓣膜病的分流及返流情況，有流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，尤其是先天性心臟病和瓣膜病的分流及返流情況，有較大的診斷價(jià)值。較大的診斷價(jià)值。脈沖式多普勒超聲儀PWD 彩色編碼技術(shù)是由紅、彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時(shí)，以紅色來(lái)表當(dāng)頻移為正時(shí)，以紅色來(lái)表示，而藍(lán)色則表示負(fù)的頻移示，而藍(lán)色則表示負(fù)的頻移。 系在多普勒二維顯像的基礎(chǔ)系在多普勒二維顯像的基礎(chǔ)上，以實(shí)時(shí)彩色編碼顯示血流的上，以實(shí)時(shí)彩色編碼顯示血流的方法，即在顯示屏上以不同彩色方法，即

18、在顯示屏上以不同彩色顯示不同的血流方向和流速。顯示不同的血流方向和流速。彩色多普勒超聲診斷儀 是用一系列二維彩色多普勒?qǐng)D所重建的彩色圖像。彩色多普勒超聲診斷儀 三維成像提供直觀的立體信息,比二維的空間信息更豐富. 利用光學(xué)原理與系統(tǒng)進(jìn)行三維成像. 利用光學(xué)系統(tǒng)和圖象疊加原理的三維成像. 利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行三維重建成像.彩色多普勒超聲診斷儀 彩超技術(shù)的進(jìn)步彩超技術(shù)的進(jìn)步讓人們有機(jī)會(huì)看到胎讓人們有機(jī)會(huì)看到胎兒在母親腹中的各種兒在母親腹中的各種表情表情微笑、哭泣、微笑、哭泣、眨眼睛。這是一幅使眨眼睛。這是一幅使用用4D4D彩超捕捉到的、彩超捕捉到的、難得一見的胎兒出生難得一見的胎兒出生前微笑的畫面。前微笑的畫面。微笑的胎兒：微笑的胎兒：動(dòng)態(tài)3D成像（實(shí)時(shí)3D）彩色多普勒超聲診斷儀 所謂“四維”就是指在傳統(tǒng)的“三維立體”超聲成像的基礎(chǔ)之上加上時(shí)間維度這個(gè)向量。 運(yùn)用4D超聲波技術(shù)進(jìn)行孕婦和胎兒